有可能达到绝对零吗？

为了达到绝对零，物体内的所有粒子都必须停止移动。

绝对零是最低的理论温度，科学家将其定义为负 459.67 华氏度（负 273.15 摄氏度）。这甚至比外太空还要冷。到目前为止，我们所知道的一切还没有达到绝对零。但有可能实现这个令人毛骨悚然的里程碑吗？

为了回答这个问题，让我们来了解一下实际温度是多少。我们倾向于认为温度是物体的热度或冷度，但它实际上是系统中所有粒子的能量或振动的度量。热物体具有更多能量，因此它们的粒子振动得更快。粒子完全没有能量（因此停止移动）的点被定义为绝对零。

科学家们对达到如此低的温度很感兴趣，因为当粒子减速时会出现一些有趣的量子效应。 量子力学的一个基本原理是波粒二象性，在这种现象中，诸如光的光子之类的粒子既可以表现为粒子，也可以表现为波，Sankalpa Ghosh说>，印度理工学院德里分校的理论凝聚态物理学家。

在处理量子力学粒子时，重要的是要记住它们的“不可区分性”——“不可能像跟踪较大物体那样单独跟踪粒子或波，”戈什在一封电子邮件中告诉《生活科学》。 “这一点的起源可以追溯到著名的海森堡测不准原理，该原理量化了量子力学测量的概率性质[这意味着当精确测量粒子的位置时，其动量就不那么精确已知，反之亦然]。这种概率性质赋予量子力学粒子类似波的特征。”

这种类量子波行为的程度由热德布罗意波长与粒子间距离的比率来表示。在正常温度下，这种量子行为可以忽略不计，但随着粒子变冷，奇怪的效应开始出现。

“随着温度下降，[这个比率]变得更大，在绝对零时，它实际上是无穷大，”戈什说。 “诸如超流动性（无摩擦流动）、超导性（无任何阻力的电流流动）和超冷原子凝聚等量子现象都是由此发生的。”

20 世纪 90 年代早期的超冷实验使用了一种称为激光冷却的技术来开始探索这些效应。 “光对原子施加了一种力，使它们的温度降低到相当低的温度，大约 1 开尔文（负 272.15 摄氏度或负 457.87 华氏度）”，克里斯托弗·福特 (Christopher Foot) 说道，他是纽约大学的超冷物理学家。牛津。 “[这个温度足够低]足以观察固体和液体中的量子行为，但对于我们研究的气体，我们需要数十纳开尔文温度才能获得这些量子效应。”

实验室有记录的最低温度是由德国的一个团队于 2021 年实现的。该团队将磁化气体原子从 400 英尺（120 米）高的塔中投下，不断打开和关闭磁场使粒子减慢至几乎完全静止。在这种被称为磁阱冷却的实验中，气态粒子达到了令人难以置信的 38 皮开尔文——比绝对零高出 38 万亿分之一摄氏度，完全在开始观察气体量子效应的范围内。

但尝试进一步冷却材料还有意义吗？根据福特的说法，可能不会。 “我们对这些量子效应比达到绝对零更感兴趣，”他说。 “激光冷却原子已经用于定义通用时间（原子钟）的原子标准和量子计算机中。较低温度的工作仍处于研究阶段，人们正在使用这些方法来测试通用物理理论。”

目前，还不可能将最后的 38 万亿分之一度降温，而且必须克服几个障碍才能成为现实。事实上，即使我们达到绝对零，由于测量技术不精确，我们也可能完全错过它。

“使用当前的仪器，你无法判断它是零还是只是一个非常非常小的数字，”福特说。 “为了测量绝对零，你实际上需要一个无限精确的温度计，这超出了我们当前的测量系统的范围。”